论大学生对单片机的选型及学习方法

单片机课程是许多专业学生的专业基础课或专业课，在学习单片机前，我们要知道它的基本情况，俗话说，知己知彼才能百战百胜，本文将针对大学生的基础，讲解我们单片机得功能和用途以及与其它同类的比较优势等方面，让我们彻底了解单片机。
一、单片机分类
ARM、DSP、FPGA和8051为内核单片机（以后简称51单片机）都属于单片机范畴，它们各有各的特点，区别如下：
1.ARM是现在很流行的一种单片机的架构，指令系统和硬件都比51单片机复杂，控制能力较强，但在开发工业测控设备成本较高，通常用于消费电子。
2.DSP是数字处理芯片有较高的运算能力，通常用于数据图像处理领域；虽然时序控制能力较弱，但在数字信号处理及算法是强项。
3.FPGA是一种用于逻辑处理方面的芯片，通常为ARM或DSP提供逻辑信号，由于没有指令周期，执行速度快；控制能力较强，但由于没有指令集，控制方面不如ARM和单片机；主要用来设计电路，用软件配置硬件资源使一块芯片能实现一块传统电路板功能。近年来发展迅速，许多高端芯片内嵌了DSP。
4.51单片机，多为8位机，采用MCS-51系列单片机结构和指令系统，这种单片价格便宜。
我们通过比较，制作了一个不同单片机的比较列表如表1
表1:各类单片机参数比较图

从上表1可以看出51单片机虽然可用资源最少，但价格最低，而且基本的配置都存在了，适合初级人员开发，或简单系统的开发。而我们大学生在一些课程上虽然有些基础，但没有开发经验和广播的相关知识，比较适合学习51单片机的内容，并为逐渐学习高端单片机打下坚实的基础。
二、单片机的工业用途
通常很多开发都应用于工业场合，其中最常用的工业计算机有三种：单片机、总线工控机、PLC可编程序控制器，它们的特点用表就可以一目了然，见下表2。
表2：工业计算机的参数比较

从表2可以看出在工业计算机中，单片机的许多方面是有亮点的，用在智能领域有非常的优势，不但价格低，而且资源多，尤其用的用户多，提供的学习资料多，学习难度相对较低，所以非常适合大学生的学习。
三、单片机学习方面的同类比较
从学习的角度如何选择哪种单片机较合适呢？下面列出单片机选型的几个注意点：
1.从学习的规律上讲应该从易到难，DSP和RAM是高端单片机，结构和指令复杂，所以不是入门硬件开发的首选。
2.从应用广度和使用资源上，51单片机是最有优势，开发时能很容易找到开发系统和庞大的软件资源。
3.从开发成本来讲，应选择性价比高的芯片，从来都不是越采用高端越好，所以开发普通测控设备51单片机是首选。
4.从整个硬件领域来看，51单片机的原理和其它单片机相似的，其外设和其它单片机是通用的，所以即使以后转到其它单片机也非常容易，大多数的高级硬件开发人员都是从最简单的51单片机开始的。
有的观点认为：不管什么微处理器都是通过对内部或外部某些逻辑单元进行控制，从而实现预期的某种需求。也就是说，不管ARM、DSP、FPGA、51单片机，都是通过编程来实现动作或逻辑处理，而多数的操作是对某些寄存器写1写0，Principles是一致的。这也说明了几种单片机的一致性。这说明了在学习单片机上没有高低之分，不能认为低端单片机就是应用也是低端，高低端是互相补充。因此，我们如果想学习高端单片机，直接学习难度大，可以从51单片机学起，能达到事半功倍的效果。
四、单片机的选型
单片机的型号很多，选择合适的单片机能使开发工作事半功倍，所以学习单片机首要了解单片机的基本信息，比如：单片机种类，单片机的配置，可靠性和抗干扰能力，性价比等。通常选择单片机至少应该关心以下几个方面：
1.存储器空间
主要是程序存储器大小和数据存储器大小，通常单片机的数据存储器最小128B，最大是1KB，程序存储器1KB到64KB不等。我们根据每个存储器的大小选择相应单片机。
2.单片机的运行速度
不同型号的单片机运行速度不同，单片机AT89C51用的晶振最高24MHz，一个机器周期0.5us，STC89C52单片机晶振可以达到80MHz，当然频率越高运行速度也越快，但这时就要考虑单片机高频时系统的稳定性因素了。
3.是否扩展一些功能
比如含有两个及以上的串行口，是否带有A/D及D/A转换器等，这个要根据需要选择，否则选用分立元件比单片机组合的成本要高的多，而且要额外占用单片机的资源，比如三总线被占用等。
4.成本和质量
同样功能的单片机不同厂家价格是不同的，比如AT89C51和STC89C51功能差不多价格相差很大，当然他们的质量也不同，不能光看参数，质量是非常重要；
此外，同一型号的单片机又分商业级别、工业级别及军用级别，它们的质量不同，价格是相差甚远的，要根据实际设计要求选型。
五、单片机语言学习参考
目前，比较流行的单片机编程方法有3种：单独汇编、单独C语言和两种语言混合编程。其中它们的优缺点如下：
1.汇编的特点是最接近机器语言，控制语句最直接，对于单片机的控制效率最高，适合作精确控制的场合，常常用于底层驱动或控制算法的编程，缺点是与C语言相比不方便记忆，而且受寄存器位数等限制（51单片机为8位机），算法复杂的编程较困难；

2.C语言的特点是编程相对汇编语言简单，特别是适合一些复杂些的算法编程，但编译成机器代码冗余指令较多，从而导致占用程序存储器空间较多，而且冗余指令对控制产生影响，所以不适合做精确或实时性要求较高的场合；
3.混合编程是一种流行的方法，它结合汇编和C语言的优点，应用较强大。通常混合编程可采用两种方法，一种是汇编语句嵌入到C语言中，这种方法实现较容易，但控制功能还是不强；另一种方法是用汇编和C语言两个文件，用接口函数或接口寄存器进行两个函数的数据传递，最后进行联合编译形成一个机器代码，这种两种语言结合方法效果最好。
六、总结
对大学生而言，学习是一个逐步的过程，在校期间他们虽然基础较好，但实践经验较少非常适合低端单片机的学习，但低端单片机不代表用途是低端，恰恰是用途广泛的“低端”，同时也是高端单片机的学习基础，因此不能好高骛远，忽视低端的单片机，而片面的追求所谓高端单片机，这从学习方法和实用价值来讲都是不符的。学习低端单片机时，要学透学精，尽可能的掌握多种语言，为以后的应用打下坚实的基础。
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（作者单位：盐城工学院机械工程学院 盐城）